交流调速系统 第2版 教学课件 ppt 作者 宋书中 常晓玲 主编 第一章 调压调速

1、1,第一节 调压调速的原理与方法 第二节 晶闸管三相交流调压电路 第三节 调压调速系统的组成及特性分析 第四节 滑差电机调速系统 第五节 异步电动机调压调速系统实例,第一章 异步电动机调压调速系统,2,第一节 调压调速的原理与方法 一. 异步电动机调压调速原理 二. 异步电动机调压调速方法,3,一. 异步电动机调压调速原理,调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。 理论依据来自异步电动机的机械特性方程式：,因异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，因此降低供电电压，拖动转矩就减小，电机就会降到较低的运行速度。 不同供电电压对应的机械特性曲线如图所示。图中垂直虚线为恒转矩负载线，可以看出调压调速对于恒转矩负载，调速范围很小（A-B-C），而对于风机类负载调速范围则较大（F-E-D）。,4,5,二. 异步电动机调压调速方法,调压调速的三种方法： 1.自耦调压器-对小容量电机,体积重量大。 2.饱和电抗器-控制铁心电感的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。 3.晶闸管三相交流调压器-用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。,6,对电力电子电路中的晶闸管器件，有

2、两种控制方式,现以晶闸管单相交流调压器电路为例来加以说明:,* 相位控制方式更适合于电动机负载。,2.相位控制方式:,1.通断控制:,7,第二节 晶闸管三相交流调压电路 一. 三相交流调压电路的接线形式 二. 三相交流调压电路的工作原理,8,一. 三相交流调压电路的接线形式,晶闸管三相交流调压器有多种接线形式，这里列举五种：,1）三相全波星形联接的调压电路,2）带零线的三相全波星形联接 调压电路,9,3）三相半控星形联接的调压电路,4）晶闸管与负载接成内三角形的 调压电路,5）晶闸管三角形联接的调压电路,10,二. 三相交流调压电路的工作原理,原理分析使用下图的三相全波星形连接调压电路：,* 触发脉冲要求：双脉冲或宽脉冲，与电源电压同步。,11,思路： 首先，只对纯电阻负载的三相交流调压器的作出详细波形分析。 对实际电阻-电感负载，只作单相交流调压器的原理分析，并总结出计算公式和计算曲线。 然后，将单相交流调压电路带R-L负载的计算公式，推广到三相交流电路。得到三相交流调压器的计算公式和计算曲线。,12,（一）三相交流电路在纯电阻 负载时的工作情况 1.,交流输入,触发脉冲,晶闸管导通

3、区间,交流输出,13,交流输入,触发脉冲,晶闸管导通区间,交流输出,14,交流输入,触发脉冲,晶闸管导通区间,交流输出,00、300、600 归纳： *晶闸管在触发脉冲到来时导通 *在对应的电源半周过零时关断。,15,16,因为触发角为90度时，沿用前面的分析方法出现错误，所以触发角为90时要获得正确导通区间需重新分析电路： 首先假设触发脉冲有足够的宽度，即VT1触发时VT6还有触发脉冲存在。这时可能构成A-VT1-负载-VT6-B通电回路，但光有脉冲还不够，还需要一个条件，就是晶闸管要承受正压。 电源电压波形图上可以看出：这时电压A相电压高于B相电压，因此触发VT1时，VT1与VT6构成直流通路。该通路持续导通到正压消失-即A、B电压的交点。 同理，当触发VT2时，因VT1有触发脉冲，所以VT2与VT1一起导通，构成AC相回路，直到A、C相电压的交点，正压消失为止。,900、1200 归纳： *晶闸管在触发脉冲到来时，与前一个管子一起导通。 *在两相间的正压消失时关断。,17,交流输入,触发脉冲,晶闸管导通区间,交流输出,18,结论：,19,（二）三相交流电路在R-L 负载时的工作情

4、况 1.单相交流调压器在R-L 负载下的分析与计算,交流输入,触发脉冲,晶闸管导通区间,输出电流,输出电压,20,单相交流调压器在R-L负载下的电流分量见右图：,注意：为分析方便，该图取触发时刻为横坐标零点，而不是电源电压过零点。,该坐标下，电源电压表达式：,触发VT1导通时，引起电流的强制分量表达式：,引起电流的自由分量表达式：,21,总电流表达式：,设VT1的导通角为 ，则有约束条件：,将此约束条件代入电流表达式，得到由阻抗角和触发角计算 角的 方程式：,该方程为超越方程，难于求解，结果已被作成曲线，实用中可以 查曲线求 。,22,对该曲线说明如下：,23,24,单相交流调压电路中,流过单个晶闸管VT1的电流有效值计算方法： 思路：将电流表达式从0 ，按每周期一个波头，依据有效值的定义 求均方根值，即可得到流过晶闸管的电流有效值IVT。结果十分复杂。 实际计算中，对结果已作出通用无单位的晶闸管电流标么值曲线IVT*， 通过查曲线，并乘以基准值 即可求得IVT,流过负载的电流有效值计算方法：,思路：流过负载的电流为一周期两个波头，面积是流过单个晶闸管电流的2倍，但由于有效值按均方根值

5、计算，所以负载电流有效值是IVT的 倍。可以查IVT*曲线，并按下式求得：,*基准电流I0 定义为全导通全电压时的 负载电流有效值：,25,26,2.三相交流调压器在R-L负载下的计算,思路：三相交流调压器在R-L负载下的计算公式，由单相交流电路的计算 方法推广而来，基本算式相同。 计算注意事项： 1.注意基准电流I0要从三相电路全电压供电的角度计算,算式为:,2.查曲线时不要错查了单相调压电路的IVT*曲线,注意单相曲线的横轴 控制角移相范围是:01800, 而三相曲线的横轴移相范围是:01500。 单个晶闸管电流有效值计算公式：,负载相电流有效值计算公式：,27,三相交流调压电路的标么值曲线：,28,第三节 调压调速系统的组成 及特性分析 一. 转速闭环调压调速系统的组成 二. 转速闭环调压调速系统的静特性分析 三.调压调速系统中的能量损耗 四.调压调速系统中的控制角计算实例,29,一. 转速闭环调压调速系统的组成,由于异步电动机的开环机械特性很软,且开环调压调速的调速范围 太小,因此调压调速需要采用闭环调速系统。 转速闭环调压调速系统的组成及静特性如下：,30,二. 转速闭环调压

6、调速系统的静特性分析,下图为调压调速系统的静态结构图：,各控制环节的输入输出关系为：,31,联立推得：,将临界转矩Tcr和U1代入Te表达式，得静特性表达式：,32,闭环交流调压调速系统的静特性表达式：,下图为不同的静特性曲线：,33,34,三.调压调速系统中的能量损耗,异步电动机调压调速时的 能量流图,35,36,异步电动机调压调速时的转差功率计算：,效率：,继续推导：,37,异步电动机的负载特性：,将负载表达式代入转差率算式，得：,38,取参考基准,求转差损耗系数：,不同负载的转差损耗系数曲线如右图：,分析结论： 对风机泵负载，调压调速引起的转差损耗最小，因此： 调压调速系统适合于对风机泵类负载的调速。,39,四.调压调速系统中的控制角计算实例,三相异步电动机的单相等值电路：,定子侧,转子侧,40,三相异步电动机的三相等值电路：,41,因电磁功率、机械功率、转差功率在某一速度（或转差率）下有固定的分配关系，因此功率与电流有关系式：,可由功率计算转子折算电流：,如负载阻抗角已知，按照电路图， 由转子折算电流可以求出定子电流,42,在忽略励磁损耗，即Rm=0时，利用分流原理，可以获得I

7、1 和I2 有如下关系：,在查曲线计算时，电流是一个重要的变量。,43,44,45,46,第四节 滑差电机调速系统 一. 电磁转差离合器的基本结构与工作原理 二. 滑差电机调速系统的组成与机械特性 三. 滑差电机控制器简介,47,一. 电磁转差离合器的基本结构与工作原理,滑差电机又称为电磁离合器电机。 滑差电机调速系统 = 笼型异步机+电磁转差离合器+控制装置 调速性能：与调压调速系统相当。,48,工作原理： 异步电动机带着主动轴及电枢以n1的速度旋转 当励磁绕组有励磁时，磁极与电枢之间出现磁场 电枢运动切割磁力线，电磁感应产生涡流，涡流的磁场与磁极相互吸引，使得磁极沿着电枢的旋转方向转动 磁极带着从动轴 因此，从动轴随主动轴运动，速度为n，且从动轴速度n必然小于主动轴n1。 * 调节励磁绕组励磁，就可以改变从动轴的速度（相当于调节离合状态） * 如果励磁绕组不励磁，从动轴将停止旋转。,49,二. 滑差电机调速系统的组成与机械特性,电磁转差离合器本身的机械特性 电磁转差离合器本身的机械特性，是在不同励磁电流时的一族机械特性，如图所示。 用经验公式表示如下：,50,滑差电机调速系统的机械

8、特性,由于电磁转差离合器本身的机械特性很软，因此，工业使用中需加上速度反馈，构成闭环调速系统。闭环系统组成及对应的闭环机械特性如图所示。,总体评价：电磁离合器电机调速控制简单，价格低廉，但内部损耗大，效率较低。,51,三. 滑差电机控制器简介,介绍DK-2型电磁调速电动机控制单元。,DK-2型控制器方框图,52,DK-2型控制器 的电路图,触发电路,直流励磁绕组,给定,反馈,三种 可选测速单元,53,第五节 异步电动机调压调速 系统实例 一. KJF系列双向晶闸管调压调速系统 二. 微机控制的交流调压调速系统,54,一. KJF系列双向晶闸管调压调速系统,触发电路,交流调压主电路,同步 变压器,直流 工作电源,电压反馈,电压给定,PI调节器, 功率小于40kW 调速范围5：1 静态误差小于（2.5.）,55,二. 微机控制的交流调压调速系统,微机控制交流调压调速系统组成,电流检测,电压检测,56,微机系统硬件结构图,电流检测输入,电压检测输入,过零同步脉冲,57,操作面板布置图,58,三相同步电路及输出波形,过零 同步脉冲 HIS.0,电源状态,三相 电源,59,脉冲测速原理图及测速电路:,扩展计数芯片,60,晶闸管触发电路,单片机从HSO.0-HSO.5发出六路触发脉冲，经光电隔离、三极管功放后经脉冲变压器输出。 PC.0-PC.5为故障状态对触发脉冲的封锁信号。,61,输出电压检测电路:,输出电流检测电路:,62,主程序流程图,63,软件定时器1中断 子程序流程,HIS.0 同步中断子程序流程,软件定时器2中断 子程序流程,

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